CN101109729B - 钢丝绳的探伤装置 - Google Patents

Abstract

一种钢丝绳的探伤装置，包含：将钢丝绳(1)沿着长度方向磁化的磁化器(2)、配置在钢丝绳的圆周方向的多个磁检出单元(3a～3p)、比较器(6)、演算部(7)。比较器对于钢丝绳的长度方向及圆周方向的两者，按照输出信号值的大小顺序，确定预先规定的个数的磁检出单元。演算部根据输出信号值最大的磁检出单元及配置在其两邻的磁检出单元的输出信号值，求出钢丝的破断位置，并将与这些各磁检出单元和钢丝的破断位置的距离对应的系数，乘以至少包含3个磁检出单元的预先规定的个数的磁检出单元的输出信号值，根据与该系数相乘后的各输出信号值之和，判定钢丝绳的损伤度。从而能够与钢丝的破断位置无关正确判定钢丝绳的损伤度。

Description

钢丝绳的探伤装置

技术领域

本发明涉及钢丝绳的探伤装置，特别涉及将钢丝绳沿着长度方向磁化，利用配置在钢丝绳的圆周方向的多个磁检出单元，检出来自损伤部位的漏泄磁通的探伤装置中的演算部的结构。

背景技术

被电梯、卷扬机、缆车、起重机等使用的钢丝绳，由于疲劳及磨损，其构成要素——钢丝逐渐破断。该破断量与时具增，超过规定的量时，判断达到了使用寿命，需要进行更换。因此，必须通过定期检查，计测钢丝的破断量，评价钢丝绳能否安全使用。

在现有技术中，作为检查使用中的钢丝绳的破断量的方法，通常采用肉眼观察。可是，肉眼观察不仅需要花费较长的时间，而且还存在着不能够定量地计测钢丝绳的破断量的问题。

作为解决该问题的方法，近几年来，有人提出了通过使用电磁探伤法的探伤装置(钢丝绳测试器)，自动而且定量地计测钢丝绳的破断量的装置的方案。例如，在专利文献1中，公开了使用1组永久磁铁，将钢丝绳沿着长度方向磁化，在磁铁之间配置用于检出从钢丝的损伤部位漏泄的磁通的探示器线圈，检查钢丝的破断的装置。

另外，在专利文献2中，提出了在钢丝绳的外周，圆环状地设置多个磁检出单元的探伤装置的方案。

专利文献1：JP特开平7—198684号公报(第7页，图1)

专利文献2：JP特开2002—5896号公报(第8页，图2)

在现有技术的钢丝绳的使用环境中，在滑轮或与滑轮接触的最外层的钢丝，产生破断。可是，近几年来，钢丝绳的使用方法越来越多，进而钢丝绳的结构也越来越复杂，所以有时存在于钢丝绳内部的钢丝出现破断的情况。

上述专利文献1及专利文献2所示的探伤装置，因为根据磁检出单元获得的输出波形有无峰值，评价钢丝有无破断，所以钢丝的破断位置存在于钢丝绳的内部、破断部位和电磁检出传感器的距离较远时，电磁检出传感器的输出变小，不能正确判定钢丝绳的损伤度。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术的这种不足而研制的，其目的在于提供能够与钢丝的破断位置无关，正确判定钢丝绳的损伤度的探伤装置。

为了解决上述课题，本发明的第1结构，其特征在于：具备磁化单元(该磁化单元将钢丝绳沿着长度方向磁化)、多个磁检出单元(这些磁检出单元配置在钢丝绳的圆周方向，检出来自所述钢丝绳的损伤部位的漏泄磁通，输出与检出的漏泄磁通的大小对应的输出信号)、比较器(该比较器比较这些磁检出单元的输出信号)、演算部(该演算部根据所述多个磁检出单元的输出信号值之和，判定所述钢丝绳的损伤度)；所述比较器，对于所述钢丝绳的长度方向及圆周方向的两者，按照所述输出信号值的大小顺序，确定预先规定的多个磁检出单元；所述演算部，在根据所述输出信号值最大的磁检出单元及配置在其两邻的磁检出单元的输出信号值，求出钢丝的破断位置的同时，还将与这些各磁检出单元和所述钢丝的破断位置的距离对应的系数，乘以至少包含所述3个磁检出单元的预先规定的个数的磁检出单元的输出信号值，根据与该系数相乘后的各输出信号值之和，判定所述钢丝绳的损伤度。这样，由于将与各磁检出单元和钢丝的破断位置的距离对应的系数，乘以磁检出单元的输出信号值后，能够按照钢丝的破断位置调整磁检出单元的输出信号值，所以能够与钢丝的破断位置是在钢丝绳的外周部分还是在钢丝绳的内周部分无关，正确判定钢丝绳的损伤度。

第2结构的特征在于：是在所述第1结构的钢丝绳的探伤装置中，具备存储部，该存储部存储与所述各磁检出单元和钢丝的破断位置的距离对应的系数；所述演算部，求出所述钢丝的破断位置后，对于所述各磁检出单元，从所述存储部中读出与和所述钢丝的破断位置的距离对应的系数，分别乘以所述各磁检出单元的输出信号值。这样，由于存储部预先存储与磁检出单元和钢丝的破断位置的距离对应的系数后，能够有效地进行演算部中的演算，所以能够迅速评价钢丝绳的损伤度。

第3结构的特征在于，是在所述第1或第2结构的钢丝绳的探伤装置中，具备：存储部，该存储部存储关于所述各磁检出单元的校正值及位置信息；修正器，该修正器根据所述校正值及所述位置信息，修正所述各磁检出单元的输出信号值。这样，具备校正各磁检出单元的修正器后，能够进行可靠性高的磁检出，所以能够提高装置的可靠性。

第4结构的特征在于：是在所述第1～第3结构的钢丝绳的探伤装置中，将所述磁检出单元的输出信号，按照各磁检出单元，输入时间常数互不相同的时间延迟电路；所述演算部，将所述系数，乘以通过所述时间延迟电路的所述磁检出单元的输出信号。这样，将各磁检出单元的输出信号，输入具有规定的时间常数的时间延迟电路后，能够评价钢丝绳的各断面的损伤程度。

第5结构的特征在于：是在所述第1～第4结构的钢丝绳的探伤装置中，所述多个磁检出单元中的至少一个磁检出单元的输出信号，输入时间常数互不相同的2个时间延迟电路；所述演算部，选择通过所述2个时间延迟电路的输出信号中的某一个，以便使通过所述时间延迟电路后输入所述演算部的所有的所述磁检出单元的输出信号，成为与所述钢丝绳的同一断面有关的数据。这样，将时间延迟电路与磁检出单元连接及选择通过各时间延迟电路的输出信号后，能够防止产生无效数据，所以有效地进行演算部中的演算。

第6结构的特征在于：对于所述磁检出单元而言，以一定速度移动所述钢丝绳；所述演算部，将所述钢丝绳的各规定长度的所述磁检出单元的输出信号值的总计，作为所述规定长度范围中的所述磁检出单元的输出信号值。这样，能够在钢丝绳长度方向的整个范围内评价损伤度。

这样，本发明的钢丝绳的探伤装置，由于将与各磁检出单元和钢丝的破断位置的距离对应的系数，乘以磁检出单元的输出信号值，能够根据与该系数相乘后的各输出信号值，判定钢丝绳的损伤度，所以能够与钢丝的破断位置是在钢丝绳的外周部分还是在钢丝绳的内周部分无关，正确判定钢丝绳的损伤度。

附图说明

图1是实施例1涉及的钢丝绳的探伤装置的结构图。

图2是表示钢丝绳的结构及破断面部的位置和电磁传感器的位置关系的图形。

图3是表示比较器6进行的处理的内容的流程图。

图4是表示演算器7进行的处理的内容的流程图。

图5是表示钢丝绳内部的探伤和附近传感器的位置关系的图形。

图6是表示钢丝绳内部的探伤和附近传感器的位置关系的图形。

图7是表示钢丝绳内部存在探伤时附近传感器的输出的计算例。

图8表示实施例1推定的磁通的大小的分布的柱状图。

图9是实施例2涉及的钢丝绳的探伤装置的结构图。

图10是表示演算器10进行的处理的内容的方框图。

图11是实施例3涉及的钢丝绳的探伤装置的结构图。

图12是表示演算器11进行的处理的内容的方框图。

具体实施方式

下面，参照附图，讲述本发明的实施方式。

[实施例1]

如图1所示，本例的钢丝绳的探伤装置，主要由下述部件构成：将钢丝绳1沿着长度方向磁化的磁化器(该磁化单元)2；在钢丝绳1的圆周方向，以22.5度间隔配置的16个电磁传感器(磁检出单元)3a～3p，从而包围着钢丝绳1的周围；修正这16个电磁传感器3a～3p的输出信号值的修正器4；存储修正器4使用的对于这16个电磁传感器3a～3p而言的校正值及位置信息的第1存储器(存储部)5a；比较被修正器4修正了的电磁传感器3a～3p的输出信号值的大小的比较器6；根据被修正器4修正了的电磁传感器3a～3p的输出信号值之和，判定所述钢丝绳的损伤度的演算部7；存储演算部7使用的系数的第2存储器(存储部)5b；将演算部7输出信号向外部输出的输出器8。

作为钢丝绳1，可以将众所周知的任意的钢丝绳作为对象，例如将多根钢丝搓在一起后构成的钢丝绳、将多根钢丝搓在一起后成为绞合线再将多根绞合线搓在一起后构成的钢丝绳等。

作为磁化器2，既可以使用电磁式的磁化器，也可以使用永久磁铁式的磁化器。关于磁化器2的结构，由于是众所周知的事情，而且不属于本发明的宗旨，所以省略。

作为电磁传感器3a～3p，可以使用检出来自所述钢丝绳1的破断部的漏泄磁通，输出与检出的漏泄磁通的大小对应的电信号的电磁传感器。关于电磁传感器3a～3p的结构，由于是众所周知的事情，而且不属于本发明的宗旨，所以省略。

修正器4，根据存储器5a存储的各传感器的校正值和位置信息，修正电磁传感器3a～3p的输出信号，向比较器6输出。

下面，使用图3的流程图，讲述比较器6进行的处理的内容。比较器6将输入的16个输出信号中值最大的数据，设定成一次峰值。接着，将与成为一次峰值的电磁传感器邻接的2个电磁传感器中输出较大的数据，设定成二次峰值。来自比较器6的输出，将一次峰值作为第一输出，将二次峰值作为第二输出，以下从到2个电磁传感器最近的起，依次设定成三次、四次。

图2表示钢丝绳1的断面内的损伤部位和16个电磁传感器3a～3p的位置关系。对于损伤部位13而言，电磁传感器3b最近，所以该电磁传感器3b的输出最大。这样，一次峰值就成为电磁传感器3b的输出，它成为第一输出。与电磁传感器3b邻接的电磁传感器，是3a和3c。损伤部位13存在于电磁传感器3a和3c之间时，电磁传感器3a的输出成第二大，所以，二次峰值就成为电磁传感器3a的输出，它成为第二输出。以后，第三输出成为到一次峰值的电磁传感器3b最近邻接的电磁传感器3c，第四输出成为电磁传感器3p，第五输出成为电磁传感器3d…。

接着，使用图4的流程图，讲述演算部7进行的处理的内容。在演算部7中，对于来自比较器6的输出，乘以存储器5b存储的规定的系数后，求出输出之和。取得这时的和的输出的个数，预先按照检查对象——钢丝绳1的种类，规定适当的值。由于该和成为旨在评价钢丝绳的损伤度的指标，所以该值大于规定值时，判断有损伤，计算的值被输出器8输出。

接着，讲述演算部7计算与电磁传感器3a～3p的输出相乘的系数的步骤。电磁传感器3a～3p检出的磁通的大小V，与损伤部位13和各电磁传感器3a～3p的距离r的平方成反比，可以用公式(1)表示。

【数学式1】

$v=K\frac{m}{4\mathrm{\π}{r}^2}\·\·\·\left(1\right)$

式中：K是电磁传感器的校正值，m是从损伤部漏泄的磁通的大小。此外，电磁传感器3a～3p具有指向性时，该关系可以按照如下公式所示进行修正。

【数学式2】

$v=K\frac{m}{4\mathrm{\π}{r}^2}f\left(\mathrm{\θ}\right)\·\·\·\left(2\right)$

式中：θ表示从电磁传感器3a～3p的检出面的法线到损伤部13为止的偏移角。另外，f(θ)是旨在修正指向性引起的灵敏度的差异的函数。根据钢丝绳内部的任意位置产生的损伤造成的磁通m，可以使用公式(2)，求出各电磁传感器3a～3p检出的磁通。用各电磁传感器3a～3p输出的线性和，表示在任意的损伤部产生的磁通m，就意味着公式(3)成立。

【数学式3】

m＝a1·v1+…a2·v2+…an·vn…(3)

这时，v1、v2、…vn，是电磁传感器的第1输出、第2输出、…第n输出；a1、a2、…an是与各输出相乘的系数。虽然利用公式(2)可以求出对于任意的m而言的v1、v2、…vn，但是系数a1、a2、…an是未定数。损伤m和各电磁传感器输出v的关系为p组时，公式(3)是矩阵形式，可以记述成公式(4)。

【数学式4】

M＝VA…(4)

M是p×1的磁通的矢量，A是n×1的系数的矢量，V是p×n的传感器输出v的矩阵。这时，如果p大于n，求出拟似逆行列V+和M的积后，就如公式(5)所示，可以求出系数的矢量A。

【数学式5】

A＝V⁺M…(5)

如公式(5)所示，使用拟似逆行列求出系数的矢量A，对于p组的数据而言，相当于求出公式(3)的最小平方近似解。这样，根据位置和大小已知的损伤和这时的电磁传感器的计测值，可以实验性地或者解析性地计算公式(5)。

接着，示出系数矢量A的计算例。如图5所示，对于电磁传感器3a～3f等6个而言，分析被电磁传感器3c和电磁传感器3d夹住的区域14，分析区域14内存在损伤13的情况。与损伤13的距离最近的，是电磁传感器3d时，电磁传感器3d成为第一输出。公式(2)中的f(θ)＝cosβ，根据对于损伤m而言的电磁传感器3a，计算电磁传感器3f的输出va～vf。假定区域内发生损伤的概率相等时，根据公式(2)，计算区域内均等地发生损伤时的输出。如图6所示，分析电磁传感器到钢丝绳中心的距离是6mm、朝着钢丝绳中心时的情况。将钢丝绳中心作为原点，使x＝0地配置电磁传感器3c、互相错开22.5度地配置其它的电磁传感器。这时，在x＝1mm、y＝3.5mm的位置，存在发生m＝1×10^-6[Wb]的磁通的损伤时，如果根据公式(2)，求出各电磁传感器的输出后，在K＝1.0时，计算的结果如图7所示。同样，求出其它部位存在损伤时的各传感器输出。根据该值，计算公式(5)后，与第1、第2输出——传感器3c、3d相乘的系数是+1.389×10^-5，与第3、第4输出——传感器3b、3e相乘的系数是-3.169×10^-5，与第5、第6输出——传感器3a、3f相乘的系数是+1.942×10^-4。利用该系数计算的值，成为损伤m。图8表示使用该系数后，根据公式(4)求出的M的推定值的柱状图。推定值的最小值，是0.987×10^-6[Wb]；最大值是1.021×10^-6[Wb]。这样，由于最大误差是2.1％，所以可知使用公式(3)推定损伤的大小，其精度在实用上没有问题。

另外，计算了损伤m的大小时，能够根据公式(2)，求出从各电磁传感器到损伤m为止的距离。由于损伤m存在于第1输出的电磁传感器和第2输出的电磁传感器之间，所以能够根据两传感器的距离，求出损伤的位置。

此外，在该实施例1中，讲述了使用16个电磁传感器时的情况。但是，电磁传感器的数量只要至少是4个以上就行，对其数量没有限制。

[实施例2]

图9表示实施例2涉及的钢丝绳的探伤装置。本例的钢丝绳的探伤装置，其特征在于：在演算部10的前级，具备时间延迟电路9a～9p；演算部10将系数乘以通过这些时间延迟电路9a、9b、9c…的电磁传感器3a～3P的输出信号。

和实施例1的钢丝绳的探伤装置同样，本例的钢丝绳的探伤装置，也具备：将钢丝绳1沿着长度方向磁化的磁化器2；在钢丝绳1的圆周方向，以22.5度间隔配置的16个电磁传感器3a～3p，从而包围着钢丝绳1的周围。电磁传感器3a～3p的输出，通过时间延迟电路9a～9p后，输入演算器10。

演算器10，按照时间延迟电路9a的输出、时间延迟电路9b的输出、时间延迟电路9c的输出的顺序依次读出，直到时间延迟电路9p的输出为止，并且按照输入的顺序，处理这16个时间延迟电路9a～9p的输出。这里，使用图10的方框图，讲述演算器10中进行的处理。将系数K0与某个时刻t的输入值x[t]相乘，还将系数K1与1步骤前的输入值x[t-1]相乘。将该处理反复进行到m步骤前的输入值x[t-m]为止，它们所有的总和，就成为y[t]。由该y[t]到n步骤前的值y[t-n]为止的总和V[t]，是演算器10的输出，传输给输出器8。关于旨在求出传感器输出之和的步骤数m，可以在特定的钢丝破断时，能够从设置的16个电磁传感器中获得输出的范围内设定。就是说，只有钢丝绳1的表面部分的钢丝发生破断时，设置在破断的钢丝的相反侧的电磁传感器，几乎不能获得输出，所以不必将该电磁传感器的输出，作为旨在求出传感器输出之和加以利用。这样，作为步骤数m，能够设定成比设置的电磁传感器的数量少的数量。例如，电磁传感器是16个时，作为步骤数m设定为6个后，就能够用6/16的传感器输出进行处理。另外，为了取得传感器输出的总和y[t]之和的步骤数n，可以采用相当于钢丝绳1的1个间距的量。例如钢丝绳1的1个间距是60mm，用5mm间距进行计测时，用5mm除60mm后得到的12，就成为n。

此外，在该实施例中，将步骤数m、n定为m＝6、n＝12，但本发明的宗旨并不局限于此，可以按照目的适当决定。

[实施例3]

图11表示实施例3涉及的钢丝绳的探伤装置。本例的钢丝绳的探伤装置，其特征在于：电磁传感器3a、3b、3c、3d、3e的输出，分别输入时间常数互不相同的时间延迟电路9a和9q、9b和9r、9c和9s、9d和9t、9e和9u(在图11中省略了9t和9u的图示)。

和实施例1的钢丝绳的探伤装置同样，本例的钢丝绳的探伤装置，也具备：将钢丝绳1沿着长度方向磁化的磁化器2；在钢丝绳1的圆周方向，以22.5度间隔配置的16个电磁传感器3a～3p，从而包围着钢丝绳1的周围。电磁传感器3a～3p的输出，通过时间延迟电路9a～90后，输入演算器11。

在本例的钢丝绳的探伤装置中，电磁传感器3a～3p的输出，被输入时间延迟电路9a～9u。另外，电磁传感器3a～3e的输出，还重复输入时间常数互不相同的时间延迟电路9q～9u。这样，16个电磁传感器+重复部分的5个合计21个的值，就被输入演算器11。

演算器11，按照时间延迟电路9a的输出、时间延迟电路9b的输出、时间延迟电路9c的输出的顺序依次读出，直到时间延迟电路9u的输出为止，并且按照输入的顺序，处理这21个时间延迟电路9a～9u的输出。这里，使用图12的方框图，讲述演算器11中进行的处理。某个时刻t的输入值x[t]是时间延迟电路9d的输出时，1步骤前的输入值x[t-1]就是时间延迟电路9c的输出，2步骤前的输入值x[t-2]就是时间延迟电路9b的输出。另外，3步骤前的输入值x[t-3]就是时间延迟电路9a的输出。这样，这时处理的数据，成为计测同一断面时的电磁传感器3a～3d的输出，输出y[t]成为有效数据。可是，某个时刻t的输入值x[t]是时间延迟电路9a的输出时，1步骤前的输入值x[t-1]就是时间延迟电路9u的输出，该数据不是同一断面的数据，所以该输出是无效数据。这样，求出的数据，按照计测时刻，存在着有效和无效的两种情况。就是说，一周的电磁传感器的数据，在切换部分其评价值成为无效，所以为了排除其影响，在本例的演算器11中，系数α与输出y[t]相乘，成为y’[t]。该系数α的切换，按照电磁传感器的个数，用规定时刻控制。这样，有效的y[t]只被加上1个间距，成为输出V[t]，被输出器6输出。

此外，实施例1～3，讲述了本发明涉及的钢丝绳的探伤装置的代表性的实施例，但本发明的宗旨并不局限于此。例如，关于电磁传感器及时间延迟电路的数量，并不局限于所述各实施例列举的数据，可以按照需要适当设定。

Claims (6)

1.一种钢丝绳的探伤装置，其特征在于：具备：

磁化单元，该磁化单元将钢丝绳沿着长度方向磁化；

多个磁检出单元，这些磁检出单元配置在钢丝绳的圆周方向，检出来自所述钢丝绳的损伤部位的漏泄磁通，并输出与检出的漏泄磁通的大小对应的输出信号；

比较器，该比较器比较这些磁检出单元的输出信号；以及

演算部，该演算部根据所述多个磁检出单元的输出信号值之和，判定所述钢丝绳的损伤度，

所述比较器，对于所述钢丝绳的长度方向及圆周方向，按照所述输出信号值的大小顺序，确定预先规定的个数的磁检出单元；

所述演算部，根据所述输出信号值最大的磁检出单元及配置在其两邻的磁检出单元的输出信号值，求出钢丝绳的破断位置，并对至少包含所述3个磁检出单元的预先规定的个数的磁检出单元的输出信号值，乘以对应于这些各磁检出单元与所述钢丝绳的破断位置之间的距离的系数，根据与该系数相乘后的各输出信号值之和，判定所述钢丝绳的损伤度。

2.如权利要求1所述的钢丝绳的探伤装置，其特征在于：具备第2存储部，该第2存储部存储了和所述各磁检出单元与钢丝绳的破断位置之间的距离相对应的系数；

所述演算部，求出所述钢丝绳的破断位置后，对于所述各磁检出单元，从所述第2存储部中读出对应于与所述钢丝绳的破断位置之间的距离的系数，分别乘以所述各磁检出单元的输出信号值。

3.如权利要求1或2所述的钢丝绳的探伤装置，其特征在于，具备：

第1存储部，该第1存储部存储关于所述各磁检出单元的校正值及位置信息；和

修正器，该修正器根据所述校正值及所述位置信息，修正所述各磁检出单元的输出信号值。

4.如权利要求1所述的钢丝绳的探伤装置，其特征在于：将所述磁检出单元的输出信号，输入按照各磁检出单元时间常数互不相同的时间延迟电路；

所述演算部，将所述系数，乘以通过所述时间延迟电路的所述磁检出单元的输出信号。

5.如权利要求4所述的钢丝绳的探伤装置，其特征在于：所述多个磁检出单元中的至少一个磁检出单元的输出信号，输入时间常数互不相同的2个时间延迟电路；

所述演算部，选择通过所述2个时间延迟电路的输出信号中的某一个，以便使通过所述时间延迟电路后输入所述演算部的所有的所述磁检出单元的输出信号，均与所述钢丝绳的同一断面有关。

6.如权利要求1所述的钢丝绳的探伤装置，其特征在于：使所述钢丝绳以一定速度相对于所述磁检出单元进行移动；

所述演算部，将所述钢丝绳的各规定长度的所述磁检出单元的输出信号值的合计，作为所述规定长度范围中的所述磁检出单元的输出信号值。

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